月骨血管三維可視化

張遠(yuǎn)華 黃潮桐

月骨血管三維可視化

張遠(yuǎn)華 黃潮桐

目的 建立月骨血管三維可視化模型。方法 采用新鮮成人手標(biāo)本經(jīng)灌注處理后, 通過(guò)CT掃描獲得數(shù)據(jù)集, 利用Mimics軟件重建月骨血管等。結(jié)果 建立了基于解剖結(jié)構(gòu)的月骨及其血管的三維可視化模型, 各結(jié)構(gòu)可單獨(dú)、聯(lián)合顯示, 可任意旋轉(zhuǎn), 模型透視及多剖面顯示。結(jié)論 采用三維可視化技術(shù)可構(gòu)建理想的月骨血管模型, 可為相關(guān)疾病的影像診斷及手術(shù)治療提供形態(tài)學(xué)依據(jù)。

月骨血管；三維重建；可視化

隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要,目前醫(yī)學(xué)三維重建可視化研究得到了較多開(kāi)展［1,2］, 在三維空間里研究人體內(nèi)血管、神經(jīng)的分布,已成為當(dāng)今研究與應(yīng)用中的熱點(diǎn), 當(dāng)前醫(yī)學(xué)三維重建可視化研究屢見(jiàn)報(bào)道, 但有關(guān)月骨血管三維重建數(shù)字模型國(guó)外的相關(guān)研究較少, 國(guó)內(nèi)更是未見(jiàn)報(bào)道。月骨無(wú)菌性壞死是腕關(guān)節(jié)痛的主要病癥之一。因病因不清、診斷發(fā)現(xiàn)晚,尚無(wú)確切滿意的治療方法,導(dǎo)致患者手的握力低下、腕關(guān)節(jié)劇痛和功能完全喪失、致殘率極高。本課題基于CT圖像應(yīng)用Mimics軟件對(duì)月骨血管進(jìn)行三維重建及可視化研究,以期為月骨病變的影像診斷及手術(shù)的設(shè)計(jì)和手術(shù)方式的選擇提供形態(tài)學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 建模環(huán)境 電腦配置：AMDAthlon64 3200+中央處理器、2G內(nèi)存、24寸液體顯示器、64M顯存、ATI8550顯卡、Windows XP/Professional操作系統(tǒng)。軟件：醫(yī)學(xué)3D圖像生成、編輯處理軟件Mimics13.01(Materialise公司, 比利時(shí))、大型有限元分析軟件Ansys13.0(Ansys公司, 美國(guó))。

1.2 采集原始數(shù)據(jù) 選取新鮮健康成年人手標(biāo)本1具, 標(biāo)本X射線檢查排除骨骼異常情況, 在常溫下將自凝牙托材料［3］等配成的造影劑注入標(biāo)本動(dòng)脈中, 灌注后對(duì)標(biāo)本進(jìn)行防腐固定處理, 標(biāo)本灌注后24 h進(jìn)行CT掃描。采用64排螺旋CT(Philips/Brilliance 64, 飛利浦公司, 荷蘭)連續(xù)掃描,掃描參數(shù)：電壓120 kV, 電流250 mAs, 層厚0.4 mm, 共獲取150層數(shù)據(jù), 將其以Dicom格式保存, 存入光盤(pán)備用。

1.3 建立幾何模型 以Mimics軟件直接從所刻光盤(pán)內(nèi)讀取Dicom格式的CT斷層圖像, 經(jīng)定位圖像, 界定相應(yīng)閾值, 調(diào)整灰度進(jìn)行圖像標(biāo)識(shí), 通過(guò)Marks窗口進(jìn)行潤(rùn)色, 每層圖像經(jīng)邊緣分割、選擇性編輯等處理, 通過(guò)3D窗口進(jìn)行構(gòu)建重建月骨及其骨內(nèi)外血供的三維有限元模型。

2 結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)快捷地建立了形象逼真的月骨及其骨骼內(nèi)外的血液供應(yīng)的三維有限元模型, 骨骼、骨骼外血管及骨骼內(nèi)血管可單獨(dú)顯示亦可聯(lián)合顯示, 可360°任意旋轉(zhuǎn), 模型透視及多剖面顯示見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 月骨及其血供的聯(lián)合顯示

圖2 月骨骨骼內(nèi)外血供的單獨(dú)顯示

2.1 三維重建與可視化 三維可視化技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù),將人體組織和血管圖像構(gòu)筑數(shù)字化,以構(gòu)建三維的、可視的、可調(diào)控的、虛擬的人體血管形象, 即“可視化”。目前三維醫(yī)學(xué)圖像可視化的應(yīng)用幾乎涉及了人體的所有結(jié)構(gòu),它使信息技術(shù)和醫(yī)學(xué)結(jié)合起來(lái),并使走向成熟的三維重建圖像處理技術(shù)以空前的速度普及［4］。近年,國(guó)內(nèi)已成功應(yīng)用血管造影術(shù)［5,6］結(jié)合CT掃描、X線攝影,運(yùn)用交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)(Mimcs)或計(jì)算機(jī)3D-Doctor軟件進(jìn)行各器官組織血管三維重建, 獲得不同角度的三維立體圖像即血管“可視化”。

2.2 月骨三維可視化的意義 無(wú)論是斷層標(biāo)本的斷面圖像,還是CT、MRI的二維圖像,均難以反映腕關(guān)節(jié)中月骨及其血管空間位置和毗鄰關(guān)系,而對(duì)月骨及其血管的研究和三維重建, 將對(duì)臨床月骨疾病的診斷和治療有重要的參考價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)采用放射造影術(shù),運(yùn)用Mimics三維可視化技術(shù)重建出清晰、逼真的月骨三維模型及骨骼內(nèi)外動(dòng)脈血管模型圖像,并可根據(jù)需要進(jìn)行多層組織共建,圖像連續(xù),立體的空間感強(qiáng)烈,可以從不同方向、角度對(duì)月骨血管可視化模型進(jìn)行剖切,可以提供解剖細(xì)節(jié)的實(shí)時(shí)三維圖像重建,月骨血管局部數(shù)字化可視模型可以提供三維立體視覺(jué),便于顯示復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu),重建結(jié)構(gòu)能夠以多結(jié)構(gòu)多彩色實(shí)體模型方式顯示,也能單獨(dú)顯示、任意搭配顯示或總體顯示,所有結(jié)構(gòu)均可在三維空間位置上繞任意軸旋轉(zhuǎn)任意角度, 或者以不同的速度連續(xù)旋轉(zhuǎn), 對(duì)于感興趣的結(jié)構(gòu)還可進(jìn)行隨意放大、縮小,或用透明技術(shù)顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間位置［7,8］。三維重建是手術(shù)模擬的基礎(chǔ),它可以幫助醫(yī)生將二維的切片圖像構(gòu)建出立體的三維模型。隨著該研究的進(jìn)一步完善, 將可應(yīng)用動(dòng)態(tài)三維立體圖像取代傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)二維圖像,有助于對(duì)月骨血管解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析和動(dòng)態(tài)模擬, 建立可供手術(shù)和手術(shù)前制定手術(shù)方案的虛擬環(huán)境,為臨床醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前手術(shù)設(shè)計(jì)和手術(shù)模擬,為臨床設(shè)計(jì)出更好、更合理的手術(shù)方案,提供血管形態(tài)學(xué)依據(jù)和解剖學(xué)平臺(tái)。在外科手術(shù)教學(xué)和仿真訓(xùn)練等方面,具有不可替代和令人鼓舞的應(yīng)用前景［9,10］。應(yīng)用三維虛擬動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行解剖教學(xué)研究, 對(duì)這些三維虛擬圖像能象實(shí)際物體一樣查看、旋轉(zhuǎn)和任意拆分,為課堂教學(xué)提供直觀的模型。

3 存在的問(wèn)題

本項(xiàng)技術(shù)是通過(guò)調(diào)整CT域值而實(shí)現(xiàn),在調(diào)整域值時(shí)只能逐層顯示CT值差別較大的組織之間的解剖關(guān)系,CT值在同一范圍的解剖關(guān)系不易顯示。同時(shí)對(duì)于周?chē)窠?jīng)和細(xì)小血管的分割還是一個(gè)世界性的難題［11］。如何不失真的標(biāo)識(shí)細(xì)小血管, 尤其在密度值相差不大的情況下準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)圖像, 將是我們亟待解決的問(wèn)題。

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Three-dimensional visualization of lunate vascular

ZHANG Yuan-hua, HUANG Chao-tong. Department of Orthopaedics, Nancun Hosital in Panyu District, Guangzhou 511442, China

Objective To build three-dimensional visible model of lunate vascular.Methods With the datum from CT-scan of the specimen of hand, The three-dimensional visible model of lunate vascular was constructed by Mimics software.Results The three-dimensional visible model of lunate vascular was established and main anatomical structures were exactly showed.Each structure was displayed by the multiform solitude or combination.Conclusion An ideal model of the lunate vascular can be established with three-dimensional visualization technology, it will provide morphological data for imaging diagnosis and operation of relevant diseases.

Lunate vascular；Three-dimensional reconstruction ；Visible

511442 廣州市番禺區(qū)南村醫(yī)院骨科(張遠(yuǎn)華);廣東醫(yī)學(xué)院附屬厚街醫(yī)院顯微外科中心(黃潮桐)